Тепловые насосы для бассейнов

 

Тепловой насос: принцип работы и эффективность

Тепловые насосы (ТН) – новый способ применения альтернативных источников энергии для экономного нагрева воды в бассейне. Такие установки нагрева воды оптимально использовать в случае отсутствия доступа к магистральному газу и нагрев воды производится за счёт электричества. Использование электричества всегда дорого + нередко не хватает выделенной электрической мощности.

Тепловой насос извлекает бесплатную тепловую энергию из земли, воздуха или воды. Поэтому тепловой насос можно считать открытием среди систем отопления.

От классического отопления ТН отличаются отсутствием горения. Конвертация низких температур +2 °C ... +10 °C в высокие +50 °C ... +65 °C происходит за счёт замкнутого фреонового цикла.

Классификация тепловых насосов

ТН классифицируются по 2 показателям: среда добывания тепловой энергии, и среда перераспределения энергии:

• «земля - вода»;
• «вода - вода»;
• «воздух - вода»;
• «воздух - воздух».

Нагрев воды предпочтительнее осуществлять геотермальными («земля – вода», «вода – вода») или воздушными («воздух – вода») насосами. Большинство владельцев бассейнов используют теплонасосы воздушного типа. От геотермальных они отличаются отсутствием внешнего контура. Поэтому воздушные тепловые насосы стоят меньше, т.к. бурение и подвод коммуникаций для внешнего контура не требуется.

Принцип работы тепловых насосов воздушного типа

Энергию привычно ассоциировать с теплом. На самом деле энергия присутствует везде – даже в холодных объектах (строго говоря – во всём, что теплее -273°C). Дело в разнице потенциалов. Среда с отрицательной температурой обладает энергией с низким потенциалом. Конструкция устроена так, что тепловой насос извлекает низко потенциальную энергию и конвертирует в высокопотенциальную энергию.

Принцип работы схожий с холодильником. В термодинамике этот процесс называется обратным циклом Карно. Если в холодильнике тепло транспортируется из камеры в пространство для создания холодильного эффекта, то ТН устроены наоборот: собирается холод и трансформируется в тепло.

Система тепловых насосов устроена из 2 частей: наружной и внутренней. Между частями расположены компрессор и испаритель. Цикл трансформации энергии состоит из нескольких этапов. На первом этапе теплоноситель циркулирует по системе наружных труб и собирает рассеянную снаружи энергию.

Следующий этап цикла – проход теплоносителя через камеру испарителя, который заполнен хладагентом. В качестве хладагента используется фреон. При отрицательной температуре хладагент начинает кипеть. При соприкосновении с тепловой энергией низкого потенциала, хладагент превращается в газ и передвигается в компрессор.

Внутри компрессора газ снова нагревается и движется в конденсатор. Там он остывает и из газообразного состояния трансформируется в жидкость, а собранное тепло переходит в систему отопления. Далее происходит повторение цикла.

Для обеспечения непрерывности цикла требуется небольшое количество электроэнергии. Она нужна для привода в действие компрессора.

Условия эксплуатации и эффективность ТН

Определить эффективность теплонасосов можно по специальному коэффициенту СОР (англ. Coefficient of Perfomance). COP – коэффициент преобразования, который позволяет соотнести количество производимого тепла к затрачиваемой энергии.

Современные насосы могут иметь значение COP от 2 до 5. Тепловой насос с коэффициентом преобразования 5 способен трансформировать 1 кВт электроэнергии в 5 кВт тепла.

Теоретически для расчёта СОР необходимы 2 показателя: температура источника энергии (T1) и температура воды в системе (T2).

Формула расчёта: COP = Т2 / (Т2 – Т1)

При расчёте используют измерение температуры в Кельвинах. Чтобы перевести градусы по Цельсию в Кельвины нужно прибавить 273,15. Например, температура воздуха составляет 5 °C, а в тепловом контуре 55 °С. Произведём расчёты:

55 °C + 273,15 = 328,15 К

5 °C + 273,15 = 278,15 K

COP = 328,15 / (328,15 – 278,15) = 6,563

 

На практике все сложнее и величина COP может быть ниже, чем в расчётах. Расчёт СОР зависима от многих исходных данных. Тут важно учитывать и температуру источника, и температуру теплоносителя, и параметры хладагента, и эффективность цикла работы, и потребление энергии насосом, и многое другое. Поэтому при сравнении СОР разных ТН следует знать при каких входных данных будет производиться сравнение.

Знание коэффициента преобразования позволяет оценить насколько эффективно применение теплового насоса. А также имея данную величину, легче сравнивать модификации насосов.

Преимущества тепловых насосов

1. Снижение эксплуатационных расходов
   Если сравнивать тепловые насосы с другими источниками тепла в купальный сезон по цене нагрева воды – у ТН цена будет ниже.
2. Автономность работа
   Когда подвести газ к участку нельзя, подогрев воды в бассейне тепловым насосом сохранит автономность тепловой энергии.
3. Автоматизация управления
   Для удобства и исключения человеческого ресурса теплонасосам можно программировать нужные режимы, а контролировать работу можно из любой точки.
4. Пожаробезопасность
   Принцип работы ТН не связан с горением, поэтому такие системы пожаробезопасны. Это значит, что не нужно согласовывать установку и использование тепловых насосов с МЧС.
5. Комбинирование с кондиционером
   Тепловые насосы комбинируются с системами кондиционирования воздуха. Такие модификации могут одновременно подогревать воду и регулировать температуру воздуха в бассейне.

Как выбрать ТН

Тепловые насосы стоят много: чем мощнее и оснащённее агрегат – тем цена выше. Покупать большой и навороченный насос неправильный ход. При покупке ТН стоит учитывать такие факторы, как:

• расположение бассейна – находится ли он на улице или в помещении;
• объём бассейна – показатель, учитывать который следует в первую очередь;
• температура воды – важно знать значения исходной и целевой температуры;
• техническая оснащённость ТН – одна модель теплонасоса может использоваться исключительно для подогрева воды, либо также обогревать помещение.

 

Пример расчёта мощности ТН

Для расчёта необходимой мощности ТН для бассейна существует формула:

P = 1.16 × ΔT × V / t

Условные обозначения:

• P - мощность (кВт);
• 1,16 - коэффициент поправки потери тепла водой при испарении;
• ΔT - разница между исходной и конечной температурой воды;
• t - время, необходимое для подогрева воды (ч);
• V - объем воды (м³).

Произведём расчёт для бассейна объёмом 30 м³ с разницей в температуре T=10 за 36 часов (первичный нагрев).

P = 1,16 × 10 × 30 / 36 = 9,67

Таким образом, для бассейна с такими параметрами нужен тепловой насос тепловой мощностью не менее 9,7 кВт.

Такой расчёт усреднён, это важно осознавать. В формуле не учитывается ряд факторов, которые напрямую или косвенно могут влиять на функционирование насоса: температура окружающей среды на улице или в помещение, наличие вентиляции, теплосберегающих покрытий и т. д. Плюс – одно дело первичный нагрев, другое – поддержание нужной температуры.

Для корректного расчёта мощности теплонасоса стоит проконсультироваться с инженером или продавцом оборудования по телефону 8 499 755 51 95